autoreferat - Instytut Botaniki PAN

Załącznik 3a
AU TOR EFERA T
Dr Paweł Kapusta
Instytut Botaniki im. W. Szafera
Polska Akademia Nauk
Kraków 2015
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
POSIADANE DYPLOMY, STOPNIE NAUKOWE
23.01.2007
Doktor nauk biologicznych w zakresie biologii
Instytut Nauk o Środowisku, Wydział Biologii i Nauk o Ziemi,
Uniwersytet Jagielloński
Promotor: prof. dr hab. January Weiner
Tytuł rozprawy doktorskiej: „Struktura zmienności przestrzennej
ekosystemów leśnych Puszczy Niepołomickiej”
26.06.2000
Magister biologii (specjalność ekologia)
Instytut Nauk o Środowisku, Wydział Biologii i Nauk o Ziemi,
Uniwersytet Jagielloński
Promotor: prof. dr hab. January Weiner
Tytuł pracy magisterskiej: „Rozmieszczenie przestrzenne wazonkowców
w glebach Puszczy Niepołomickiej – analiza geostatystyczna”
INFORMACJE O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU W JEDNOSTKACH
NAUKOWYCH
od 01.01. 2007
Adiunkt
Instytut Botaniki im. W. Szafera Polskiej Akademii Nauk
od 08.03.2006
Asystent
Instytut Botaniki im. W. Szafera Polskiej Akademii Nauk
1
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
OSIĄGNIĘCIE BĘDĄCE PODSTAWĄ UBIEGANIA SIĘ O STOPIEŃ DOKTORA
HABILITOWANEGO
Jako osiągnięcie wynikające z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach
naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz.
595 ze zm.) wskazuję cykl czterech publikacji oryginalnych na temat:
Naturalne i antropogeniczne czynniki kształtujące zbiorowiska roślinne i
towarzyszące im zespoły organizmów glebowych w terenie zanieczyszczonym
metalami ciężkimi
1.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Vogt R.D. 2015. Physicochemical and
biological properties of soils in the prevailing types of plant communities in
the Olkusz mining region. W: Godzik B. (red.) Natural and historical values of
the Olkusz Ore-bearing Region, s. 269–283. W. Szafer Institute of Botany, Polish
Academy of Sciences, Kraków.
IF: - / Pkt MNiSW: 5
2.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Stefanowicz A.M. 2011. Direct and
indirect effects of metal contamination on soil biota in a Zn-Pb post-mining
and smelting area (S Poland). Environmental Pollution 159: 1516–1522.
IF2011: 3,746 / Pkt MNiSW: 40
3.
Kapusta P., Sobczyk Ł. 2015. Effects of heavy metal pollution from mining
and smelting on enchytraeid communities under different land management
and soil conditions. Science of the Total Environment 536: 517–526.
IF2014: 4,099 / Pkt MNiSW: 35
4.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Jędrzejczyk-Korycińska M., Zagórna M. Do
heavy-metal grassland species survive under a Scots pine canopy during
early stages of secondary succession? Folia Geobotanica DOI: 10.1007/s12224015-9232-x.
IF2014: 1,778 / Pkt MNiSW: 25
2
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
OMÓWIENIE CELU NAUKOWEGO PRAC ZGŁOSZONYCH DO
POSTĘPOWANIA HABILITACYJNEGO I OSIĄGNIĘTYCH WYNIKÓW
Tereny metalonośne, z glebami naturalnie bądź wtórnie wzbogaconymi w metale ciężkie, są
miejscem występowania specyficznej flory – gatunków roślin, odmian, ekotypów, które w
warunkach silnej presji selekcyjnej wykształciły liczne adaptacje umożliwiające im
przetrwanie w skrajnie nieprzyjaznym siedlisku. Rośliny te, nazywane „metalofitami”, radzą
sobie nie tylko z wysoką zawartością, a co za tym idzie, toksycznością pierwiastków
śladowych, takich jak cynk, nikiel czy ołów, ale także z niedostatkiem substancji
pokarmowych i wody.
Badania nad ekologią metalofitów i zbiorowisk, w których te rośliny występują, nabrały w
ostatnim czasie dużego tempa. Jest to związane z pilną potrzebą zagospodarowania terenów
poprzemysłowych, których stale przybywa. Tereny takie mogą niekorzystnie oddziaływać na
środowisko przyrodnicze i zdrowie ludzi z powodu wysokiego nagromadzenia materiałów
toksycznych, a ponadto mają niewielkie walory estetyczne i użytkowe. Do niedawna
popularnym sposobem neutralizacji ryzyka środowiskowego i naprawy zniszczonego
krajobrazu było sadzenie drzew i/lub krzewów. Dziś takie praktyki poddawane są krytyce.
Uważa się, że w wielu przypadkach są one mało efektywne (np. prowadzą do powstania
nietrwałej, erodującej pokrywy roślinnej) i zbyt kosztowne. Według niektórych badaczy,
wystarczająco dobry efekt można uzyskać w inny sposób – pozwalając, by nieużytki
poprzemysłowe zarosły same na drodze naturalnej lub wspomaganej sukcesji. Proces ten
może przebiegać stosunkowo szybko pod warunkiem zachowania dostępności diaspor
odpowiednich gatunków roślin, między innymi wspomnianych wyżej metalofitów.
Do zbiorowisk metalofitów zalicza się murawy galmanowe – zgrupowania roślin związane z
podłożem zasobnym w cynk i ołów – które w Polsce występują między innymi na terenie
Olkuskiego Okręgu Rudnego (OOR). Wyróżniają się one unikatowym w skali regionu
składem gatunkowym: większość obecnych w nich taksonów to potwierdzone badaniami
metalofity fakultatywne – ekotypy gatunków pospolitych (np. Festuca ovina, Silene vulgaris)
i rzadkich (np. Biscutella laevigata, Gentianella germanica) o wysokiej tolerancji na metale
ciężkie i wysokim potencjale do kolonizacji nowych siedlisk. Najcenniejsze płaty muraw
galmanowych charakteryzują się dużym bogactwem gatunkowym (dorównują pod tym
względem niektórym nawapiennym murawom kserotermicznym) i zwarciem.
Roślinność galmanowa dzięki swoim zaletom mogłaby się stać w OOR (i nie tylko tam)
jednym z fundamentów ochrony środowiska przed oddziaływaniem substancji toksycznych
(np. poprzez fitostabilizację) i naprawy zniszczonego krajobrazu. Przegrywa ona jednak ze
sztucznie tworzonymi monokulturami leśnymi, głównie sosnowymi. W Polsce, wśród
praktyków, wciąż panuje opinia, że sadzenie drzew i krzewów jest najwłaściwszą formą
zagospodarowania terenów poprzemysłowych, w tym terenów metalonośnych. W efekcie,
dopóki gatunki drzewiaste są w stanie rosnąć, nie szuka się dla nich alternatywy. Winę za ten
stan rzeczy ponosi brak danych, które pozwoliłyby w sposób wiarygodny ocenić czy i w
jakim stopniu roślinność spontaniczna jest lepsza od roślinności sztucznie formowanej.
3
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
Niniejszy cykl prac miał za zadanie wypełnić, przynajmniej częściowo, lukę w wiedzy na
temat zasadności i możliwości wykorzystania roślinności spontanicznej w zagospodarowaniu
nieużytków poprzemysłowych obciążonych metalami ciężkimi. Badania obejmowały różne
aspekty ekologii dominujących w OOR zbiorowisk roślinnych, w tym muraw galmanowych i
lasów sosnowych będących efektem rekultywacji. W badaniach pominięto aspekt
florystyczny, jako dobrze poznany i mający drugorzędne znaczenie w zastosowaniach
praktycznych.
Głównymi celami badań były:

określenie właściwości fizycznych i chemicznych gleb, w szczególności zawartości
całkowitych i biodostępnych form Cd, Pb i Zn, pod dominującymi w OOR
zbiorowiskami roślinnymi oraz ustalenie związku pomiędzy tymi właściwościami,
historią użytkowania terenu i cechami zbiorowisk roślinnych (warstwy zielnej);

identyfikacja czynników decydujących o kondycji biologicznej gleb, reprezentowanej
przez ilościowe i jakościowe parametry zespołów organizmów glebowych (w
szczególności wazonkowców), pod dominującymi w OOR zbiorowiskami roślinnymi;

ocena wpływu sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris) sadzonej w ramach rekultywacji
nieużytków pogórniczych na właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne gleb oraz
parametry zbiorowisk roślinnych (warstwy zielnej);

identyfikacja czynników decydujących o składzie i bogactwie gatunkowym murawy
galmanowej w sytuacji jej zarastania (sukcesja wtórna) przez sosnę zwyczajną.
4
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
1.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Vogt R.D. 2015. Physicochemical and biological
properties of soils in the prevailing types of plant communities in the Olkusz
mining region. W: Godzik B. (red.) Natural and historical values of the Olkusz Orebearing Region, s. 269–283. W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of
Sciences, Kraków.1
Rejon odkrywkowej działalności górniczej Olkuskiego Okręgu Rudnego (OOR) stanowi
mozaikę siedlisk półnaturalnych i sztucznych będącą wynikiem zróżnicowanej geologii i
historii użytkowania. Większość „elementów” tej mozaiki (różnego rodzaju nieużytki
poprzemysłowe, ale także tereny rolnicze i leśne) była w przeszłości przedmiotem
intensywnych badań glebowych. Badania te prawie zawsze koncentrowały się na ocenie
stopnia skażenia podłoża metalami ciężkimi. Zebrano dużą ilość danych, która daje
wyobrażenie o skali ryzyka środowiskowego i jest świetnym punktem wyjścia do planowania
kolejnych badań (innych niż glebowe), ale nie może zostać użyta w analizach statystycznych.
Wynika to z faktu, iż dane pochodzące z różnych typów siedlisk były zbierane w różnym
czasie, w różnym zakresie (są mniej lub bardziej szczegółowe) i różnymi metodami; w
dodatku w wielu przypadkach brakuje dokładnej informacji na temat lokalizacji punktów
pomiarowych. Uzyskanie nowych danych glebowych, które można by powiązać z dobrze
zdefiniowanymi typami zbiorowisk roślinnych, wydaje się więc nieodzowne dla badań nad
zmiennością szaty roślinnej terenów metalonośnych OOR.
Celem niniejszej pracy było określenie właściwości fizycznych i chemicznych gleb, w
szczególności zawartości całkowitych i biodostępnych form Cd, Pb i Zn, pod dominującymi
w OOR zbiorowiskami roślinnymi oraz ustalenie związku pomiędzy tymi właściwościami,
historią użytkowania terenu i cechami zbiorowisk roślinnych (warstwy zielnej). Badaniami
objęto bliskie okolice Zakładów Górniczo-Hutniczych (ZGH) „Bolesław”, tj. nieużytki
pogórnicze, oraz tereny porolne i leśne znajdujące się w strefie silnego oddziaływania emisji
pyłowych (powierzchnie badawcze były lokowane w odległości od 0,5 do 5,5 km od huty
cynku). W ich obrębie identyfikowano zbiorowiska roślinne, dla których można było uzyskać
co najmniej kilka niezależnych (przestrzennie odseparowanych) powtórzeń. Zbiorowiska
wyróżniano na podstawie ich fizjonomii oraz występowania gatunków panujących i
charakterystycznych; następnie dookreślano je poprzez typ podłoża, na którym występowały:
gleba piaszczysta lub gleba wykształcona na odpadzie górniczym. W ten sposób wyróżniono
6 typów zbiorowisk (reprezentowanych w sumie przez 49 powierzchni badawczych): GW –
wielogatunkowe murawy galmanowe występujące na odpadzie górniczym (mieszaninie
węglanowej skały płonnej, głównie dolomitu i kalcytu, i odpadu popłuczkowego), GS –
murawy galmanowe z dominacją Festuca ovina występujące na piasku, MW – murawy z
dominacją Molinia caerulea występujące na odpadzie górniczym, który pokryty został cienką
warstwą gleby w celu przyspieszenia procesu naturalnej sukcesji, P – murawy o charakterze
1
Niniejsza praca, mimo że ukazała się w 2015 roku w ramach monografii podsumowującej wyniki projektu
badawczego MF EOG PL0265, zawiera dane zebrane i analizowane najwcześniej, bo w latach 2008–2009, i
wykorzystywane w późniejszych publikacjach. Z tego względu prezentowana jest jako pierwsza w serii prac
zgłoszonych do postępowania habilitacyjnego.
5
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
mezofilnym (z roślinnością odłogów) występujące na piasku, FW – lasy sosnowe posadzone
na odpadzie górniczym, FS – lasy sosnowe posadzone na piasku.
Analiza zebranych danych pozwoliła na dokonanie następujących podsumowań. Gleby pod
dominującymi w OOR zbiorowiskami roślinnymi charakteryzują się dużą zmiennością
właściwości fizycznych i chemicznych, co jest efektem zróżnicowania ich składu
mineralogicznego, odległości od źródeł zanieczyszczeń pyłowych (głównie huty cynku),
stopnia zaawansowania procesu glebotwórczego i historii użytkowania terenu. Cechą
najbardziej zmienną jest całkowita zawartość metali ciężkich – różnice między minimalnymi i
maksymalnymi wartościami dla Cd, Pb i Zn sięgają 2–3 rzędów wielkości. Najwięcej metali
ciężkich zawierają gleby formujące się na odpadzie górniczym, najmniej – piaszczyste gleby
leśne. Zestawienie uzyskanych wyników z polskimi i europejskimi normami środowiskowymi
sugeruje, że nawet najmniej obciążone metalami ciężkimi gleby (z powierzchni FS) należy
zaliczyć do skażonych. Gatunki roślin budujące najbogatsze na terenie OOR murawy
galmanowe (GW) są związane zarówno ze skrajnie wysoką zawartością metali ciężkich w
glebie, jak i z określonym typem podłoża – odpadem górniczym pochodzącym z
niestosowanych już dziś technologii wydobywczych i przetwórczych (np. z sortowania i
płukania kopalin). Związek z odpadem jest na tyle silny, że gatunki muraw galmanowych
wkraczają nawet na powierzchnie leśne FW pomimo niekorzystnych warunków świetlnych.
O bogactwie i składzie gatunkowym zbiorowisk roślinnych w dużym stopniu decyduje
zawartość pierwiastków odżywczych (przede wszystkim K, Ca, Mg, C) i minerałów ilastych
w glebie. Ich obfitość jest nie tylko podstawą wzrostu roślin, lecz także przyczynia się do
utrzymywania metali ciężkich w formach nierozpuszczalnych, tj. trudnodostępnych dla
organizmów żywych. To może tłumaczyć duże bogactwo gatunkowe roślin na
powierzchniach, których wspólnym mianownikiem jest obecność minerałów węglanowych w
podglebiu (GW, FW, P). Ważnym czynnikiem wpływającym na rozpuszczalność metali
ciężkich jest pH. Zależy ono nie tylko od składu mineralogicznego gleby, ale także od typu
pokrywy roślinnej. Sosna zwyczajna, najpospolitszy gatunek drzewa w OOR, produkuje duże
ilości ściółki. Efektem jej rozkładu są kwasy organiczne, które obniżają pH gleby. Sprzyja to
przechodzeniu metali ciężkich w formy rozpuszczalne i ich przenikaniu w głąb profilu
glebowego. Tak się dzieje przede wszystkim w obrębie powierzchni piaszczystych (FS),
gdzie nie ma szansy na neutralizację kwasów organicznych.
2.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Stefanowicz A.M. 2011. Direct and indirect
effects of metal contamination on soil biota in a Zn-Pb post-mining and smelting
area (S Poland). Environmental Pollution 159: 1516–1522.
W rekultywacji terenów zdegradowanych przez przemysł dąży się do uzyskania trwałej, tj.
niewymagającej ciągłego odtwarzania, pokrywy roślinnej. Ma ona poprawić walory
estetyczne i użytkowe krajobrazu, a w wielu przypadkach także zabezpieczyć powierzchnię
gleby (lub innego materiału) przed erozją i tym samym ucieczką potencjalnie szkodliwych
substancji. O jakości pokrywy roślinnej świadczy nie tylko jej wygląd zewnętrzny, ale także
to, czy w trakcie jej formowania dochodzi do regeneracji glebowych sieci troficznych.
6
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
Procesowi produkcji musi bowiem towarzyszyć odpowiednio efektywny proces
dekompozycji, jeśli system ma być samowystarczalny. Z tego powodu coraz częściej gleby
nieużytków poprzemysłowych, rekultywowanych i nierekultywowanych, bada się pod kątem
aktywności mikrobiologicznej i aktywności drobnej fauny glebowej. Tereny metalonośne nie
były, jak dotąd, obejmowane takimi badaniami. Istnieją wprawdzie dane na temat kondycji
biologicznej gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi, ale w większości przypadków
mówią one o zasięgu toksycznego oddziaływania punktowych źródeł zanieczyszczeń na
naturalne lub półnaturalne ekosystemy. Dane takie pochodzą z transektów, które tylko
częściowo wnikają w strefę silnego skażenia. Nie uwzględniają przy tym zróżnicowania
siedliskowego i związanego z nim zróżnicowania szaty roślinnej; takie zróżnicowanie jest
często duże, a przez to istotne z punktu widzenia właściwego zarządzania terenem
poprzemysłowym.
Celem niniejszej pracy była identyfikacja czynników decydujących o kondycji biologicznej
gleb pod dominującymi w OOR typami zbiorowisk roślinnych w oparciu o ilościowe
parametry zespołów organizmów glebowych. Badania prowadzono na tych samych
powierzchniach co badania właściwości fizycznych i chemicznych gleb (wyjąwszy
powierzchnie MW). Oszacowano podstawowe parametry mikrobiologiczne gleby i
zagęszczenie ważniejszych (liczniejszych) grup mezofauny glebowej (wazonkowców, nicieni,
niesporczaków) oraz zbadano, które czynniki (typ siedliska, cechy zbiorowisk roślinnych,
zawartość metali ciężkich i inne właściwości glebowe) mają największy wpływ na ich
zmienność. Badania miały częściowo charakter pilotażowy. Chodziło o ustalenie, która z grup
organizmów glebowych reaguje na stres środowiskowy w sposób najbardziej czytelny (ma
wysoką wartość wskaźnikową) i powinna stać się przedmiotem badań bardziej
szczegółowych, tj. uwzględniających strukturę zespołu, a nie tylko jego cechy ilościowe.
Analiza zebranych danych pozwoliła na dokonanie następujących podsumowań. Typ
powierzchni badawczej ma istotny i dominujący wpływ niemal na wszystkie parametry
kondycji biologicznej gleb. Wynika to przede wszystkim z głębokiego kontrastu, jaki istnieje
pomiędzy typami podłoży, odpadem górniczym i piaskiem. Powierzchnie założone na
odpadzie górniczym, pomimo skrajnie wysokiej zawartości metali ciężkich w glebie, mogą
oferować lepsze warunki dla rozwoju glebowych sieci troficznych niż odpowiadające im
powierzchnie piaszczyste. Jest to związane z ograniczoną dostępnością przyswajalnych (a
więc toksycznych) form metali ciężkich, która jest efektem obfitego występowania w podłożu
skał węglanowych i minerałów ilastych oraz dostatku materii organicznej. Z uwagi na
obecność czynników zakłócających (których nie sposób uniknąć w badaniach terenowych)
toksyczność metali ciężkich jest trudna do uchwycenia. Bezpośrednio uwidacznia się ona
jedynie w negatywnej zależności pomiędzy zagęszczeniem wazonkowców i stężeniem
biodostępnych form Cd i Zn. Toksyczność ta musi być jednak duża, skoro zagęszczenie
wazonkowców w najmniej zdegradowanych glebach (dawne pola uprawne, lasy sosnowe) jest
2-3 rzędy wielkości niższe niż podawane z obszarów niezanieczyszczonych. Ponieważ
wazonkowce są ważnym węzłem w sieci zależności pokarmowych i funkcjonalnych ich
negatywna odpowiedź na stres chemiczny może mieć konsekwencje dla całego ekosystemu
glebowego (praca pokazała, że spadkowi zagęszczenia wazonkowców towarzyszy spadek
aktywności mikroorganizmów glebowych). Cechy zbiorowisk roślinnych nie mają dużego
7
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
znaczenia dla zespołów organizmów glebowych; jedyny statystycznie istotny związek
(pozytywny) wykryto pomiędzy pokryciem roślin i zagęszczeniem wazonkowców. Może to
jednak wynikać z faktu, że zmienność cech zbiorowisk roślinnych zawiera się częściowo w
podziale na typy powierzchni (jak wspomniano wyżej, ten czynnik był wysoce istotny).
3.
Kapusta P., Sobczyk Ł. 2015. Effects of heavy metal pollution from mining and
smelting on enchytraeid communities under different land management and soil
conditions. Science of the Total Environment 536: 517–526.
W ocenie jakości biologicznej gleb parametry ilościowe (np. respiracja gleby, całkowita
biomasa organizmów, sumaryczna liczba osobników) odgrywają kluczową rolę. Nie dlatego,
że są one wyjątkowo czułe na niekorzystne zmiany warunków glebowych, lecz dlatego, że ich
uzyskanie jest stosunkowo łatwe (nie wymaga angażowania specjalistów) i mało kosztowne.
Niestety, interpretacja danych ilościowych bywa kłopotliwa. Zdarza się, że wraz ze wzrostem
natężenia stresu środowiskowego dochodzi do przebudowy zespołu polegającej na
zastępowaniu gatunków wrażliwych na stres przez gatunki nań odporne. W efekcie wartości
parametrów ilościowych zamiast spadać, utrzymują się na stałym poziomie lub nawet rosną,
wskazując na brak negatywnych oddziaływań. Jeśli chodzi o zespoły wazonkowców w OOR,
zastępowanie jednych gatunków przez inne w gradiencie zanieczyszczenia jest mało
prawdopodobne, ponieważ w tej grupie zwierząt nie ma gatunków szczególnie odpornych na
toksyczne stężenia metali ciężkich. Niemniej poznanie składu gatunkowego wazonkowców
może rzucić nowe światło na zależności pomiędzy czynnikami środowiskowymi a fauną
glebową w terenie przekształconym przez przemysł.
Celem niniejszej pracy było uzyskanie pełnej charakterystyki zespołów wazonkowców
formujących się pod dominującymi w OOR zbiorowiskami roślinnymi (tj. określenie składu
gatunkowego, różnorodności i zagęszczenia zwierząt) i powiązanie jej z zanieczyszczeniem,
naturalnymi właściwościami gleby, parametrami zbiorowisk roślinnych oraz zabiegiem
rekultywacji technicznej (bądź jego brakiem). Badania przeprowadzono na tych samych
powierzchniach co badania właściwości fizycznych i chemicznych gleb. Aby uchwycić efekt
metali ciężkich dopływających z powietrza, do zbioru zmiennych wyjaśniających dodano
zmienne opisujące odległość powierzchni badawczych od źródeł zanieczyszczeń pyłowych
(huty cynku, osadnika odpadów poflotacyjnych). Aby ocenić efekt rekultywacji, dokonano
ważnej modyfikacji bazy danych. Z powierzchni leśnych założonych na podłożu
piaszczystym (FS) wydzielono lasy sosnowe znajdujące się poza terenem górniczym,
uprawiane w ramach gospodarki leśnej, i stworzono z nich osobną grupę (FSF).
Powierzchnie, które pozostały w grupie FS reprezentowały zrekultywowane nieużytki
pogórnicze. Dzięki tej modyfikacji możliwe było zestawienie do porównań powierzchni
badawczych tworzących układ dwuczynnikowy (GW, FW, GS i FS) i tym samym testowanie
efektu typu podłoża (odpad górniczy vs piasek), efektu rekultywacji (sadzenie sosny
zwyczajnej vs pozostawienie terenu do spontanicznej sukcesji roślinnej) oraz efektu interakcji
tych czynników.
8
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
Analiza zebranych danych pozwoliła na dokonanie następujących podsumowań. Stres
wywołany toksycznym oddziaływaniem metali ciężkich jest głównym czynnikiem
kształtującym zespoły wazonkowców (różnorodność i liczebność zwierząt) na terenie OOR.
Poziom tego stresu jest ściśle związany z odległością od emitora zanieczyszczeń pyłowych –
huty cynku. Odległość od osadnika odpadów poflotacyjnych nie ma znaczenia dla fauny
wazonkowców. Obecność odpadu górniczego wpływa na jakość środowiska glebowego w
mniejszym stopniu niż odległość od huty, o czym świadczy słaba (negatywna) reakcja
wazonkowców na całkowitą zawartość metali ciężkich w glebie. Wynik ten może świadczyć
o mniejszej toksyczności odpadu górniczego w porównaniu z pyłem pochodzącym z
procesów metalurgicznych. Skład gatunkowy wazonkowców zależy przede wszystkim od pH
gleby i związanego z tym typu podłoża, w dalszej kolejności – od zanieczyszczenia.
Narastające zanieczyszczenie modyfikuje strukturę zespołu poprzez stopniową eliminację
gatunków; te najmniej wrażliwe (np. z rodzaju Enchytraeus) eliminowane są najpóźniej.
Czynnikiem niemal równie ważnym dla wazonkowców w OOR jak zanieczyszczenie jest
bogactwo gatunkowe roślin; ma ono pozytywny wpływ na liczebność i różnorodność
zwierząt. Wynik ten może mieć znaczenie praktyczne. Sugeruje, że w odtwarzaniu szaty
roślinnej w terenie zdegradowanym powinno się dążyć do uzyskania wielogatunkowych
zbiorowisk roślinnych, które najwyraźniej sprzyjają rozwojowi glebowych sieci troficznych.
Porównanie czterech typów powierzchni pokazało, że rekultywacja (sadzenie sosny
zwyczajnej) ma istotny wpływ na właściwości gleby i zespoły wazonkowców. Sosna obniża
pH gleby, czego efektem może być obserwowana ucieczka pierwiastków odżywczych (K, Ca)
i metali ciężkich (Pb) w głąb profilu glebowego. Sosna stwarza lepsze warunki dla rozwoju
fauny glebowej, o czym świadczy wyższa liczebność i różnorodność wazonkowców na
powierzchniach leśnych (prawdopodobnie wynika to z obecności grubej warstwy ściółki,
która zatrzymuje wilgoć). Efekt rekultywacji, chociaż istotny, jest niewielki (zwłaszcza w
przypadku powierzchni z odpadem górniczym) i może nie mieć dużego znaczenia z punktu
widzenia poprawy jakości gleby.
4.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Jędrzejczyk-Korycińska M., Zagórna M. Do
heavy-metal grassland species survive under a Scots pine canopy during early
stages of secondary succession? Folia Geobotanica DOI: 10.1007/s12224-015-9232-x.
Warunkiem wykorzystania naturalnego procesu sukcesji roślinnej w rekultywacji nieużytków
pogórniczych jest istnienie źródeł diaspor gatunków zdolnych do kolonizacji tych
nieużytków. W przypadku OOR takich źródeł – wielogatunkowych muraw galmanowych –
zachowało się niewiele. Wynika to z antropogenicznego charakteru odpowiadającym im
siedlisk. Murawy galmanowe porastają powierzchnie najsilniej przeobrażone, mechanicznie i
chemicznie, które stanowią niepożądany (a więc eliminowany) element w krajobrazie. Przez
ostatnie 30 lat w OOR zasypano większość wyrobisk odkrywkowych i rozebrano bądź
wyrównano większość usypisk odpadów górniczych, a tak przygotowany teren zalesiono lub
oddano pod zabudowę komercyjną. W efekcie zasięg muraw galmanowych skurczył się do
nielicznych i izolowanych stanowisk. Niszczenie siedlisk nie jest jedynym zagrożeniem dla
roślinności galmanowej. Ostatnio na niezalesione nieużytki OOR, w tym na największy i
9
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
najlepiej zachowany płat murawy galmanowej, samorzutnie i gwałtownie wkracza sosna
zwyczajna. Zjawisko to jest niepokojące i wymaga przebadania (podobnie jak zjawisko
zarastania muraw kserotermicznych), aby możliwe było opracowanie odpowiednich środków
zaradczych.
Celem niniejszej pracy było ustalenie związków przyczynowo-skutkowych pomiędzy
składem i bogactwem gatunkowym murawy galmanowej a parametrami drzewostanu sosny
wkraczającej na teren murawy oraz warunkami abiotycznymi siedliska. Badania prowadzono
w obrębie użytku ekologicznego „Pleszczotka górska” (obejmującego jedną z powierzchni
badawczych GW; patrz opis wyżej) w siatce 124 poletek badawczych. Niewielkie odległości
pomiędzy poletkami (8 m) wiązały się z istotnym wpływem autokorelacji przestrzennej na
wyniki analiz. Z tego powodu zastosowano specjalne techniki obliczeniowe pozwalające na
oddzielenie efektu przestrzeni od efektu właściwych zmiennych wyjaśniających.
Analiza zebranych danych pozwoliła na dokonanie następujących podsumowań. Skład
gatunkowy murawy galmanowej jest silnie związany ze stopniem zaawansowania procesu
glebotwórczego. Gatunki będące wyróżnikami olkuskich muraw galmanowych (metalofity,
głównie Biscutella laevigata i Silene vulgaris) to gatunki pionierskie, które preferują
mikrosiedliska z odsłoniętymi, płytkimi i szkieletowymi glebami. Unikają one miejsc, gdzie
dochodzi do akumulacji drobnych cząstek gleby i materii organicznej (np. zagłębień terenu);
w takich miejscach przegrywają konkurencję z roślinami o większych wymaganiach
pokarmowych, np. Ranunculus acris, Plantago lanceolata, Carex hirta. Sosna oddziałuje
negatywnie na murawę galmanową – jej inwazja prowadzi do stopniowej eliminacji
gatunków światłożądnych i ogólnego spadku bioróżnorodności. Co ciekawe, proces ten nie
obejmuje gatunków najwartościowszych z punktu widzenia zachowania muraw
galmanowych, tj. Biscutella laevigata, Silene vulgaris, Gentianella germanica (rośliny te
znajdowano nawet w najgłębszym cieniu). Prawdopodobnie gatunki te tolerują zacienienie w
większym stopniu niż inne gatunki muraw, a być może także korzystają z rozluźnienia
pokrywy roślinnej (osłabienia konkurencji), do której dochodzi pod okapem sosny. Badania
sugerują, że wycinka drzew jest koniecznym zabiegiem ochronnym na użytku „Pleszczotka
górska”, jednak nie musi być prowadzona tak często, jak w przypadku muraw
kserotermicznych. Wskazana jest też regeneracja mikrosiedlisk metalofitów poprzez
miejscowe odsłanianie powierzchni gleby (np. usuwanie darni).
10
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
Do najważniejszych wyników moich badań zaliczam wykazanie, że:

metale ciężkie (Cd, Pb, Zn) pochodzące z procesów metalurgicznych (emisje z huty
cynku) mają silniejszy negatywny wpływ na biocenozy (zwłaszcza na zespoły
organizmów glebowych) niż metale ciężkie związane z procesami wydobycia i
wstępnego przetwarzania rud (zawarte w odpadach górniczych); używanie jedynie
całkowitych zawartości metali ciężkich w glebie w ocenie (nawet zgrubnej) ryzyka
środowiskowego nie powinno być praktykowane;

wielogatunkowe murawy galmanowe (najcenniejsze w OOR zbiorowiska) rozwijają
się tylko na określonym typie podłoża – odpadzie górniczym pochodzącym z
niestosowanych już technologii wydobywczych i przetwórczych (będącym najczęściej
bogatą w metale ciężkie mieszaniną skały płonnej i kamienia popłuczkowego), który
nie został poddany technicznej rekultywacji;

bogactwo gatunkowe roślin (niezależnie od typu zbiorowiska) wpływa dodatnio na
zespoły organizmów glebowych – może być czynnikiem kompensującym toksyczny
efekt metali ciężkich w terenach poprzemysłowych;

sadzenie sosny zwyczajnej na nieużytkach pogórniczych jest zabiegiem mało
skutecznym z punktu widzenia poprawy jakości gleby – efekt tego zabiegu (wzrost
bogactwa i liczebności mezofauny glebowej, spadek pH gleby i towarzyszący mu
wzrost mobilności niektórych metali) jest niewielki i praktycznie ograniczony do
podłoży piaszczystych; sadzenie sosny na odpadzie górniczym jest zabiegiem
odbierającym siedliska cennym przyrodniczo zbiorowiskom roślinnym (murawom
galmanowym);

gatunki wyróżniające olkuskie murawy galmanowe (takie jak Biscutella laevigata,
Silene vulgaris, Gentianella germanica) są stosunkowo odporne na niekorzystne
zmiany siedliskowe wynikające z dominacji sosny zwyczajnej – gatunki te utrzymują
się pod okapem sosny wkraczającej na murawy w procesie naturalnej sukcesji oraz
pojawiają się w monokulturach sosnowych sadzonych na odpadzie górniczym;

dla wyżej wymienionych gatunków ważna jest obecność mikrosiedlisk o charakterze
inicjalnym, tj. z odsłoniętym podłożem skalnym – wytworzenie się zwartej warstwy
gleby i nagromadzenie materii organicznej powoduje wkraczanie gatunków bardziej
wymagających („niegalmanowych”) i wypieranie, na zasadzie konkurencji,
metalofitów.
11
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
OMÓWIENIE POZOSTAŁYCH OSIĄGNIĘĆ NAUKOWO BADAWCZYCH
Przebieg pracy naukowej przed uzyskaniem stopnia doktora
Działalność naukowo-badawczą rozpocząłem w czasie studiów na Wydziale Biologii i Nauk
o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego. W 1998 r. zostałem przyjęty, w roli magistranta, do
zespołu badawczego, jaki zawiązał się w Zakładzie Ekologii Ekosystemów (Instytut Nauk o
Środowisku UJ) w związku z realizacją projektu badawczego pt. „Naturalne i
antropogeniczne czynniki w funkcjonowaniu ekosystemów leśnych: 50 lat przemian w
Puszczy Niepołomickiej”. Głównym celem tego projektu było ustalenie związków
przyczynowo-skutkowych pomiędzy zróżnicowaną w czasie wielkością dopływu
zanieczyszczeń przemysłowych (pochodzących z krakowskiego kombinatu metalurgicznego)
a funkcjonowaniem ekosystemu. Badania zakładały wykorzystanie szczególnego usytuowania
Puszczy Niepołomickiej, w przestrzeni dwóch krzyżujących się gradientów – gradientu
zanieczyszczenia (metale ciężkie) i gradientu siedliskowego – do wiarygodnego oddzielenia
od siebie wpływu czynników antropogenicznych i naturalnych. Zadaniem, które mi
powierzono, było określenie, który z gradientów ma większy wpływ na faunę wazonkowców,
a więc także na procesy dekompozycji. Dokonałem analizy wzorców przestrzennych
zagęszczenia wazonkowców dla lat 1998–1999, która wskazywała na brak efektu metali
ciężkich i istotny efekt typu siedliska. Uzyskane wyniki stały się trzonem pracy magisterskiej
przygotowanej w 2000 r. pod kierunkiem prof. dr hab. Januarego Weinera i zatytułowanej:
„Rozmieszczenie przestrzenne wazonkowców w glebach Puszczy Niepołomickiej – analiza
geostatystyczna”.
W 2000 roku zostałem przyjęty na studia doktoranckie w INoŚ UJ, w trakcie których
postanowiłem kontynuować rozpoczęte badania. Dzięki współpracy ze specjalistątaksonomem uzyskałem dane o składzie gatunkowym wazonkowców zebranych w 1999 r. w
Puszczy Niepołomickiej. Uzyskałem też informację na temat ilości metali ciężkich
zakumulowanych w ciałach tych zwierząt. Analiza danych uwiarygodniła wniosek
sformułowany w pracy magisterskiej, dotyczący braku wyraźnego wpływu zanieczyszczeń
przemysłowych na zmienność cech fauny wazonkowców. Wyniki badań przedstawiłem w
dwóch publikacjach (Kapusta i in. 2003, Rożen i in. 2004).
Charakter prowadzonych przeze mnie badań wymagał studiowania teorii i praktyki analizy
przestrzennej (integrującej metody GIS oraz metody geostatystyczne i statystyczne). Nabytą
samodzielnie wiedzę wykorzystałem do napisania artykułu przybliżającego ekologom
zagadnienia z zakresu geostatystyki (Kapusta 2004), a w następnej kolejności do realizacji
zadań w ramach przygotowywanej pod kierunkiem prof. dr hab. Januarego Weinera rozprawy
doktorskiej pt. „Struktura zmienności przestrzennej ekosystemów leśnych Puszczy
Niepołomickiej”. Celem tej pracy było określenie, w oparciu o analizę geostatystyczną i
statystyczną, wpływu zmienności przestrzennej warunków siedliskowych (rzeźby terenu,
typów gleb, właściwości fizykochemicznych gleb oraz oddziaływania antropogenicznego) na
przebieg wybranych procesów ekosystemowych, między innymi akumulację metali ciężkich
12
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
w tkankach Moehringia trinervia, różnorodność i skład gatunkowy porostów nadrzewnych,
różnorodność i skład gatunkowy roślin runa oraz przyrost biomasy drzew. Dane zebrane
zostały z wielu stanowisk w Puszczy Niepołomickiej założonych w latach 70., w warunkach
silnego skażenia środowiska (imisje z huty stali), oraz w latach 1999–2000, przy słabym
dopływie zanieczyszczeń. Pokazałem, że największy wpływ na badane parametry
ekosystemów leśnych miały czynniki naturalne. Przestrzenne zróżnicowanie właściwości gleb
wpłynęło na wzorce pobierania pierwiastków przez M. trinervia oraz wzorce rozmieszczenia
gatunków roślin dna lasu, natomiast przestrzenne zróżnicowanie cech drzewostanu
zadecydowało o wzorcach rozmieszczenia porostów nadrzewnych. Jeśli chodzi o zmiany w
czasie, zaobserwowałem, że pogorszenie się stosunków wodnych w Puszczy Niepołomickiej
doprowadziło do eutrofizacji części siedlisk (na skutek murszenia ściółki) i zmiany składu
gatunkowego roślin dna lasu. Czynniki antropogeniczne miały umiarkowany wpływ na
ekosystemy leśne (silniejszy w przeszłości). Dopływ zanieczyszczeń uwidocznił się
najbardziej w lichenobiocie – liczba gatunków porostów zmalała w czasie, szczególnie na
stanowiskach znajdujących się najbliżej źródła zanieczyszczeń (huty). Część opisanych wyżej
wyników przedstawiłem w dwóch artykułach (Kapusta i in. 2004, Kapusta i in. 2006).
Tuż przed obroną pracy doktorskiej (w 2006 r.) zostałem zatrudniony w Zakładzie Ekologii
Instytutu Botaniki im. W. Szafera Polskiej Akademii Nauk, z którym współpracowałem już
wcześniej w ramach projektu realizowanego w Puszczy Niepołomickiej.
Przebieg pracy naukowej po uzyskaniu stopnia doktora (omówienie osiągnięć naukowo
badawczych innych niż te wskazane jako podstawa ubiegania się o stopień doktora
habilitowanego)
Badania z zakresu ekologii zanieczyszczeń
Jednym z pierwszych zagadnień, którymi się zainteresowałem w nowym miejscu pracy, była
ocena depozycji atmosferycznej metali ciężkich na terenie Polski przy użyciu organizmu
biowskaźnikowego – mchu Pleurozium schreberi. Badania tego rodzaju były prowadzone w
Zakładzie Ekologii od dawna, a w sposób sformalizowany i usystematyzowany, od 1990 r. w
ramach Międzynarodowego Programu Współpracy do monitorowania wpływu
zanieczyszczeń powietrza (ICP Vegetation) zrzeszającego większość krajów europejskich. W
czasie, w którym dołączyłem do zespołu badawczego (2007 r.), dostępne były już dane na
temat zawartości metali ciężkich w mchach w 2005 r. w Polsce. Moim zadaniem było
powiązanie ich, przy użyciu narzędzi GIS, z informacjami na temat typu użytkowania terenu
(uzyskanymi z projektu CORINE) i rzeźby terenu. Pokazałem, że za wzorzec przestrzenny
akumulacji metali ciężkich w mchach odpowiadają nie tylko źródła antropogeniczne (np.
przemysł, motoryzacja), ale także źródła naturalne (np. wietrzenie gleb). Porównałem też
dane z 2005 r. z danymi archiwalnymi (1986, 1990, 1995, 2000). Wyniki tych porównań
obejmujące cały kraj i wybrane lokalizacje, w tym parki narodowe, wskazywały na ogólną
poprawę stanu powietrza, zwłaszcza w drugim dziesięcioleciu. Raport z badań był
prezentowany na spotkaniach uczestników monitoringu europejskiego. Jedna z jego części
13
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
(obejmująca dane z 2000 r.) została opublikowana w monografiach poświęconych
zanieczyszczeniu powietrza w krajach Grupy Wyszechradzkiej (Suchara i in. 2007a, 2007b);
był to efekt międzynarodowego projektu pt. „Mapping of main sources of pollutants and their
transport in the Vysegrad space” (kierownik: doc. Ivan Suchara), w którym brałem udział.
W 2008 r. w Zakładzie Ekologii rozpoczęto realizację dużego projektu badawczego pt.
„Roślinność gleb galmanowych i jej znaczenie dla zachowania różnorodności biotycznej i
krajobrazowej terenów pogórniczych”, finansowanego w ramach Mechanizmu Finansowego
Europejskiego Obszaru Gospodarczego. Kierownikiem projektu była prof. dr hab. B. Godzik.
Ja odpowiadałem za opracowanie założeń teoretycznych i zaplanowanie badań (na etapie
przygotowywania wniosku) oraz za realizację części zadań (patrz: Kapusta i Godzik 2015).
Celem projektu było uzyskanie pełnej charakterystyki botanicznej i ekologicznej roślinności
zasiedlającej zdegradowane przez górnictwo rud cynkowo-ołowiowych tereny OOR, a w
szczególności (1) poznanie składu gatunkowego i różnorodności roślin, rozmieszczenia i
obfitości występowania poszczególnych gatunków oraz stopnia mozaikowatości pokrywy
roślinnej, (2) identyfikacja czynników decydujących o występowaniu roślin, a także o
tworzeniu się i trwałości zbiorowisk roślinnych oraz (3) określenie wpływu różnego rodzaju
pokrywy roślinnej na warunki fizyczne i chemiczne podłoża oraz aktywność biologiczną
gleby. Jako pomysłodawca realizowanych w projekcie badań angażowałem się w prace
wszystkich zespołów badawczych. Zadaniem jednego z tych zespołów było wykonanie spisu
gatunków roślin naczyniowych z obszaru 48 km2 obejmującego teren górniczy (OOR) i jego
sąsiedztwo (głównie tereny rolnicze i leśne) przy zastosowaniu siatki ATPOL o
rozdzielczości 1 km2. Spisu dokonano (w latach 2008–2010) w taki sposób, żeby możliwe
było porównanie danych zbieranych w dwóch różnych momentach czasowych (poprzednie
badania florystyczne w OOR miały miejsce w 1999 r.). Badania florystyczne pokazały, że
teren górniczy, pomimo dużej degradacji, ma wysokie walory przyrodnicze. Charakteryzuje
się niezwykłym bogactwem gatunkowym roślin naczyniowych (odnotowano ponad 800
taksonów, więcej niż w przeszłości) oraz dużym udziałem gatunków rzadkich i chronionych.
Przyczyn tego stanu należy upatrywać w wysokim zróżnicowaniu siedlisk, do którego walnie
przyczynił się człowiek (prace górnicze), oraz w obecności rozległej strefy buforowej wokół
huty cynku, która wykluczała ingerencję w przyrodę takich czynników jak rolnictwo czy
budownictwo. Wyniki badań florystycznych były publikowane w redagowanej przeze mnie
monografii (Nowak i in. 2011a) oraz w innych miejscach (np. Nowak i in. 2011b, Nowak i in.
2015). W ramach pracy innego zespołu, prowadzącego badania nad aktywnością i
różnorodnością funkcjonalną mikroorganizmów glebowych (na 49 powierzchniach
opisywanych w pierwszej części autoreferatu), analizowałem zależność pomiędzy cechami
zespołów mikroorganizmów glebowych a właściwościami fizycznymi i chemicznymi gleby;
sprawdzałem też, jak na tą zależność wpływają cechy zbiorowisk roślinnych. Wyniki analiz
pokazały, że zanieczyszczenie ma stosunkowo małe znaczenie dla mikroorganizmów
glebowych w porównaniu z naturalnymi warunkami siedliskowymi. Niekorzystny efekt
metali ciężkich, o ile występuje, może być kompensowany przez czynniki takie jak zawartość
substancji odżywczych w glebie czy bogactwo gatunkowe roślin. Wyniki zostały opisane w
dwóch artykułach (Stefanowicz i in. 2010, Stefanowicz i in. 2012). Na liście zadań
realizowanych w ramach projektu znajdowały się także te, których efektem są prace
14
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
szczegółowo omówione w pierwszej części autoreferatu (wchodzące w skład osiągnięcia
będącego podstawą ubiegania się o stopień doktora habilitowanego). Ważnym dopełnieniem
tych prac są publikacje o charakterze przeglądowym lub popularno-naukowym poświęcone
roślinności OOR i terenów metalonośnych w ogóle (np. Godzik i in. 2009, Kapusta i in.
2010).
Realizacja zadań w opisanym wyżej projekcie wymagała szerokiej wiedzy z zakresu analizy
chemicznej gleby i analizy statystycznej. Z tego względu w 2008 r. nawiązałem współpracę z
chemikiem, prof. Rolfem D. Vogtem z Uniwersytetu w Oslo. Współpraca ta, poza gwarancją
poprawnej analizy prób glebowych, dała mi możliwość wzięcia udziału (w 2009 r.) w
intensywnym kursie statystycznym „Methods in gradient analysis” prowadzonym na
Uniwersytecie w Oslo przez wybitnych biostatystyków, takich jak Rune H. Økland. Dzięki
temu nie tylko poznałem metody statystyczne stosowane w analizie danych
wielowymiarowych, np. dotyczących składu gatunkowego, ale także opanowałem obsługę
pakietu statystycznego R. To z kolei umożliwiło mi w kolejnym roku (2010) wzięcie udziału
w szkoleniu „Predictive habitat suitability modelling” organizowanym w ramach EcoChange
Summer School w wiodącym szwajcarskim ośrodku badawczym – Swiss Federal Institute for
Forest, Snow and Landscape Research (WSL). Ucząc się modelowania zasięgu gatunków w
oparciu o przewidywane zmiany warunków siedliskowych, poznałem najnowsze metody
analizy przestrzennej.
Badania nad roślinnością i środowiskiem glebowym terenów pogórniczych prowadziłem
także poza opisywanym wyżej projektem. W ramach współpracy (nawiązanej w 2007 r.) z dr
Anetą Słomką analizowałem dane dotyczące składu chemicznego tkanek roślin z rodzaju
Viola. Wyniki analiz pokazały, że kolonizacja mikoryzowa może chronić roślinę przed
nadmiernym pobieraniem metali ciężkich z gleby i tym samym tłumaczyć wysoką odporność
niektórych taksonów na warunki stresowe (Słomka i in. 2011). Od 2011 r. byłem wykonawcą
w projekcie pt. „Właściwości fizykochemiczne gleby oraz różnorodność i skład gatunkowy
roślinności jako czynniki determinujące funkcjonowanie mikroorganizmów glebowych
starych hałd (warpii) okolic Trzebini, Jaworzna i Olkusza” kierowanym przez dr Annę
Stefanowicz. Część prac, polegająca na inwentaryzacji warpii w terenie nieleśnym i
scharakteryzowaniu ich pod kątem właściwości glebowych i pokrywy roślinnej, została już
ukończona. Wyniki analiz pokazały, że większość obiektów (ze 73 znalezionych) stanowi
ogniska (wyspy) wysokich koncentracji metali ciężkich, które mogą oddziaływać
niekorzystnie na środowisko i zdrowie ludzi, ponieważ metale migrują do gleby pól
uprawnych i ogródków przydomowych znajdujących się blisko warpii (Stefanowicz i in.
2014). Na wielu warpiach, nawet w warunkach dużego obciążenia cynkiem i ołowiem,
rozwija się roślinność murawowa charakterystyczna dla siedlisk niezanieczyszczonych;
murawy galmanowe występują tylko na młodych obiektach – z cienką i przerywaną warstwą
gleby (Woch i in. 2015). Pozostałe dane zebrane w tym projekcie są obecnie opracowywane.
W 2011 r. swoją uwagę zwróciłem również na inne tereny pogórnicze (niemetalonośne) –
składowiska odpadów po górnictwie węgla kamiennego. Badania, w których wziąłem udział
udowodniły, że pospolite rośliny ruderalne (Calamagrostis epigejos, Chamaenerion palustre i
Tussilago farfara) są zdolne do spontanicznej kolonizacji hałd powęglowych i korzystnie
oddziałują na podłoże (zwiększają zawartość niektórych substancji pokarmowych) i na
15
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
zamieszkujące je mikroorganizmy. Ich użycie w rekultywacji odpadów może być alternatywą
dla sadzenia roślin drzewiastych. Wyniki tych badań ukazały się w pracy Stefanowicz i in.
(2015).
W 2010 r. powróciłem do tematyki zanieczyszczenia powietrza w Polsce. Było to związane z
realizacją projektu badawczego pt. „Zmienność stechiometrii pierwiastków w mchu
Pleurozium schreberi w dużej skali przestrzennej (Polska) w warunkach zróżnicowanej
antropopresji” (kierownik: prof. dr hab. B. Godzik) oraz kolejnym zbiorem mchów w ramach
europejskiego programu monitoringowego „ICP Vegetation”. Jako wykonawca projektu
wziąłem udział w planowaniu badań. Dzięki zwiększeniu liczby pierwiastków analizowanych
w tkankach mchów (poza metalami ciężkimi analizowano pierwiastki odżywcze) oraz
poszerzeniu badań o charakterystykę siedlisk (typ użytkowania terenu wokół punktów poboru
prób, typ drzewostanu, właściwości gleby) można było sprawdzić, (1) czy zwiększona
akumulacja metali ciężkich zaburza stechiometrię pierwiastków w mchach oraz (2) czy
warunki siedliskowe, inne niż stopień zanieczyszczenia środowiska, wpływają na skład
chemiczny mchów. W badaniach tych po raz pierwszy dla terenu Polski użyto mchów do
oceny depozycji atmosferycznej innych substancji niż metale ciężkie: azotu i WWA
(wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych). Wyniki analiz pokazały, że
zanieczyszczenie metalami ciężkimi w Polsce jest generalnie mniejsze niż w poprzednich
latach. Trend spadkowy jest szczególnie wyraźny w przypadku ołowiu – obejmuje wszystkie
województwa. Jeśli chodzi o inne metale ciężkie, różnice pomiędzy latami są mniejsze i
istotne statystycznie tylko dla niektórych województw (kadm, miedź) lub w ogóle nieistotne
(cynk). Nie znaleziono dowodu na to, by pobieranie metali ciężkich wpływało na
stechiometrię pierwiastków w mchach. Analiza zawartości azotu w tkankach pokazała, że
mchy mogą być dobrym wskaźnikiem jego depozycji atmosferycznej. Potwierdzona została
także użyteczność mchów w ocenie poziomu obciążenia środowiska związkami WWA.
Wyniki badań zostały przedstawione w monografii (Harmens i in. 2013) oraz w trzech
artykułach (Godzik i in. 2014, Kapusta i in. 2014a, Kapusta i in. 2014b).
Jednym z ostatnich zagadnień, którymi się zajmowałem, była zmienność składu mineralnego
aparatu asymilacyjnego sosny zwyczajnej w zależności od jego wieku (igły różnych
roczników, igły opadłe), czasu zbioru (różne sezony, różne lata), typu podłoża (piasek, skała
węglanowa), na jakim rosły drzewa, i zawartości metali ciężkich w glebie. Badania były
prowadzone od 2007 r. w ramach projektu pt. „Gospodarka mineralna drzewostanu
sosnowego w warunkach stresu spowodowanego wysokimi stężeniami metali ciężkich w
środowisku” (kierownik: prof. dr hab. B. Godzik). Uzyskane w projekcie dane są
opracowywane przez mgr Monikę Rutkowską-Czekaj i zostaną wykorzystane w jej pracy
doktorskiej. Moim zadaniem jest nadzór nad częścią metodyczną pracy (sprawuję go jako
promotor pomocniczy).
Badania z zakresu ekologii lasu
Po obronie pracy doktorskiej (w 2006 r.) zaangażowałem się w badania nad strukturą i
dynamiką lasów tatrzańskich. Były one prowadzone przez zespół prof. dr hab. Jana Holeksy
16
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
w ramach projektu pt. „Czasowe i przestrzenne wzorce rozwoju świerczyn tatrzańskich –
dendroekologiczna rekonstrukcja dynamiki drzewostanu”. Wydarzeniem, które zainicjowało
te badania było rozległe zniszczenie przez huragan w 2004 r. drzewostanu świerkowomodrzewiowego w słowackiej części Tatrzańskiego Parku Narodowego. Powalenie dużej
liczby drzew stało się okazją do pobrania prób drewna w ilości, która umożliwiła wiarygodne
odtworzenie, metodami dendrochronologicznymi, historii rozwoju drzewostanu na
powierzchni około 100 ha i w odcinku czasowym około 150 lat. Punktem kulminacyjnym
mojego udziału w projekcie było opracowanie (w 2009 r.) danych zebranych w Tatrach
metodami analizy przestrzennej. Uzyskane wyniki potwierdziły przypuszczenia, że rzadkie
ale intensywne zjawiska pogodowe w postaci huraganów (odnotowano 3 takie zdarzenia na
przestrzeni 150 lat) prowadziły do wielkoobszarowych zniszczeń, przez co były jednym z
ważniejszych czynników kształtujących strukturę drzewostanów górskich. Sprzyjały one
współwystępowaniu świerka i modrzewia. Wyniki zostały przestawione w pracy Zielonki i in.
(2010). Równolegle uczestniczyłem w innym projekcie prof. dr hab. J. Holeksy,
poświęconym badaniom unikatowego w skali Europy (ze względu na rozmiary drzew)
naturalnego lasu mieszanego w rezerwacie „Hrončokovský grúň”: w 2008 r. wykonałem
analizę zależności pomiędzy parametrami drzewostanu, której wyniki znalazły się w
publikacji Holeksy i in. (2009).
W 2012 r. zaangażowałem się w badania prowadzone przez dr hab. Magdalenę Żywiec. Ich
celem było sprawdzenie, czy regeneracja jarzębiny (Sorbus aucuparia) w górnoreglowym
borze świerkowym zależy od struktury drzewostanu. Analiza danych, zebranych z ok. 200 ha
Tatrzańskiego Parku Narodowego, pokazała, że bór świerkowy na dużym obszarze jest
stosunkowo jednorodny. Wynika to z wielkoskalowego charakteru naturalnych zaburzeń
kształtujących jego strukturę (wiatrowałów, które miały miejsce w przeszłości). Brak
zróżnicowania przestrzennego struktury drzewostanu (w szczególności brak luk) nie sprzyja
odnawianiu się jarzębiny. Odnawianie to jest dodatkowo ograniczone skupiskowym
rozmieszczeniem owocujących drzew i niewielkim zasięgiem obsiewu nasion. Wyniki analiz
zostały opublikowane w artykule Żywiec i in. (2013).
Jarzębina była też przedmiotem badań prowadzonych przez dr Tomasza Duraka, tym razem
jako gatunek kolonizujący opuszczone łąki/pastwiska górskie. W 2014 r. zostałem zaproszony
do udziału w tych badaniach. Wykonana przeze mnie analiza danych pokazała, że ekspansja
jarzębiny jest regulowana przynajmniej przez dwa czynniki: w przeszłości decydujące
znaczenie miało zaprzestanie działalności rolniczej, co umożliwiło wertykalną „wędrówkę”
drzew od granicy lasu w kierunku szczytu, natomiast później główną rolę odgrywały
zmieniające się warunki pogodowe. Wyniki badań zamieszczone zostały w pracy Duraka i in.
(2015).
Jednym z ostatnich moich osiągnięć było określenie, jaki wpływ na ekosystem leśny (Puszcza
Kampinoska) ma obecność norowisk budowanych przez duże ssaki – borsuka (Meles meles) i
lisa (Vulpes vulpes). Badania te prowadziłem wspólnie z dr Przemysławem Kurkiem.
Pokazały one, że w miejscach, gdzie dochodzi do naruszenia struktury gleby (usypiska
wykopanej ziemi i ich okolice), tworzą się warunki sprzyjające roślinom niewystępującym w
niezaburzonym zbiorowisku leśnym lub występującym tam sporadycznie. W runie rozwijają
17
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
się rośliny siedlisk ruderalnych (prawdopodobnie dzięki odsłonięciu gleby), w podszycie zaś
pojawiają się krzewy i drzewa owocowe (rozprzestrzeniane przez ssaki endozoochorycznie).
Wyniki sugerują, że budowa nor przez duże ssaki zwiększa heterogeniczność siedliskową i
tym samym różnorodność biologiczną lasu. Wyniki badań zostały przedstawione w dwóch
artykułach (Kurek i in. 2014a, Kurek i in. 2014b).
Obecnie zaangażowany jestem w badania prowadzone w Puszczy Niepołomickiej zmierzające
do poznania zależności pomiędzy ilością martwego drewna pozostawionego w lesie a
jakością środowiska przyrodniczego (projekt pt. „Kształtowanie zasobów martwego drewna
w siedliskach przyrodniczych w warunkach prowadzenia zrównoważonej gospodarki leśnej”
kierowany przez prof. dr hab. J. Holeksę).
Bibliografia
Durak T., Żywiec M., Kapusta P., Holeksa J. 2015. Impact of land use and climate changes on
expansion of woody species on subalpine meadows in the Eastern Carpathians. Forest Ecology and
Management 339: 127–135.
Godzik B., Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G. 2009. Roślinność gleb galmanowych i jej znaczenie
dla zachowania różnorodności biotycznej i krajobrazowej terenów pogórniczych. W: Sporek K. (red.),
Zagrożenia biotopów przekształconych przez człowieka, s. 69–84. Uniwersytet Opolski, Opole.
Godzik B., Szarek-Łukaszewska G., Kapusta P., Stępień K. 2014. PAHs concentrations in Poland
using moss Pleurozium schreberi as bioindicator. Polish Botanical Journal 59: 137–144.
Holeksa J., Saniga M., Szwagrzyk J., Czerniak M., Staszyńska K., Kapusta P. 2009. A giant tree stand
in the West Carpathians – An exception or a relic of formerly widespread mountain European forests?
Forest Ecology and Management 257: 1577–1585.
Harmens H., Norris D., Mills G. and the participants of the moss survey (Kapusta P.) 2013. Heavy
metals and nitrogen in mosses: spatial patterns in 2010/2011 and long-term temporal trends in Europe.
ICP Vegetation Programme Coordination Centre, Centre for Ecology and Hydrology, Bangor, UK.
Kapusta, P. 2004. Metody geostatyczne w ekologii. Wiadomości Ekologiczne 50: 171–194.
Kapusta P., Godzik B. 2015. Objectives, scope and organisation of research in the Olkusz Ore-bearing
Region. W: Godzik B. (red.), Natural and historical values of the Olkusz Ore-bearing Region, s. 87–
95. W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences, Kraków.
Kapusta P., Sobczyk Ł., Rożen A., Weiner J. 2003. Species diversity and spatial distribution of
enchytraeid communities in forest soils: effects of habitat characteristics and heavy metal
contamination. Applied Soil Ecology 23: 187–198.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Godzik B. 2006. Spatio-temporal variation of element
accumulation by Moehringia trinervia in a polluted forest ecosystem (South Poland). Environmental
Pollution 143: 285–293.
18
Paweł Kapusta – AUTOREFERAT
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Godzik B. 2014a. Present and past deposition of heavy metals in
Poland as determined by moss monitoring. Polish Journal of Environmental Studies 23: 2047–2053.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Godzik B., Łopata B. 2014b. Recent nitrogen deposition in
Poland monitored with the moss Pleurozium schreberi. Polish Botanical Journal 59: 131–135.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Grodzińska K., Godzik B. 2010. Murawy galmanowe okolic
Olkusza (południowa Polska) i problemy ich ochrony. Chrońmy Przyrodę Ojczystą 66: 27–34.
Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Kiszka J. 2004. Spatial analysis of lichen species richness in a
disturbed ecosystem (Niepołomice Forest, S Poland). Lichenologist 36: 249–260.
Kurek P., Kapusta P., Holeksa J. 2014a. Burrowing by badgers (Meles meles) and foxes (Vulpes
vulpes) changes soil conditions and vegetation in a European temperate forest. Ecological Research
29: 1–11.
Kurek P., Kapusta P., Holeksa J. 2014b. Wpływ kopania i użytkowania nor przez borsuki (Meles
meles) i lisy (Vulpes vulpes) na właściwości gleby i roślinność. Sylwan 158: 221–230.
Nowak T., Jędrzejczyk-Korycińska M., Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G. 2015. Characteristics of
the vascular plant flora in the Olkusz Ore-bearing Region. W: Godzik B. (red.), Natural and historical
values of the Olkusz Ore-bearing Region, s. 147–166. W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy
of Sciences, Kraków.
Nowak T., Kapusta P., Jędrzejczyk-Korycińska M., Szarek-Łukaszewska G., Godzik B. 2011a. The
vascular plants of the Olkusz Ore-bearing Region. W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of
Sciences, Kraków.
Nowak T., Urbisz A., Kapusta P., Tokarska-Guzik B. 2011b. Distribution patterns and habitat
preferences of mountain species in the Silesian Uplands (Southern Poland). Polish Journal of Ecology
59: 219–234.
Rożen A., Sobczyk Ł., Kapusta P., Niklińska M. 2004. Heavy metal concentrations in Enchytraeidae
(Oligochaeta) in the Niepolomice Forest. Ecotoxicology and Environmental Safety 57: 81–88.
Słomka A., Kuta E., Szarek-Łukaszewska G., Godzik B., Kapusta P., Tylko G., Bothe H. 2011.
Violets of the section Melanium, their colonization by arbuscular mycorrhizal fungi and their
occurrence on heavy metal heaps. Journal of Plant Physiology 168: 1191–1199.
Stefanowicz A.M., Kapusta P., Błońska A., Kompała-Bąba A., Woźniak G. 2015. Effects of
Calamagrostis epigejos, Chamaenerion palustre and Tussilago farfara on nutrient availability and
microbial activity in the surface layer of spoil heaps after hard coal mining. Ecological Engineering
83: 328–337.
Stefanowicz A.M., Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G., Grodzińska K., Niklińska M., Vogt R.D.
2012. Soil fertility and plant diversity enhance microbial performance in metal-polluted soils. Science
of The Total Environment 439: 211–219.
Stefanowicz A.M., Niklińska M., Kapusta P., Szarek-Łukaszewska G. 2010. Pine forest and grassland
differently influence the response of soil microbial communities to metal contamination. Science of
the Total Environment 408: 6134–6141.
19